健康水文视角下的西南山地多雨城市雨洪调控与规划应对.docx

一健康水文的内涵健康水文是一个较新的概念，其基本思想源于生态学，近年来逐渐受到学者重视健康水文是一种水环境健康状态，指城市工程建设对自然水文环境的干扰破坏未超过城市水环境的承受阈值，其仍能保持自我调节、自我恢复的能力目前已有很多学者开展了关于城市健康水文的研究Arthington和Poff等人率先建立了一套评估生态水文变化过程的水文变化指标方法，基本界定了健康水文的相关因素卢路等人从生态水文过程着手，研究了湖泊健康水文评价，提出了10个评价指标和湖泊健康水文综合指数，为城市健康水文的研究框架提供了可借鉴的基本思路李云燕、赵万民等人从水文安全角度提出了城市雨洪灾害防治的规划思路，从城市安全角度提出了多尺度的城市水文健康与安全的研究思路，同时分析了流域尺度的城市发展与流域生态环境的内在关系，界定了健康水文与城市发展的内涵综观相关研究，健康水文的内涵基本已经界定—健康水文循环是指在一定时间和空间范围内，水体通过正常形态和常规容量的互相转化完成空间输送的过程健康水文内涵在于水文循环的健康性，在城市水文过程中，不能简单理解为完全的自然水文循环，需要考虑城市水文循环过程的影响对于城市雨洪灾害防治来说，城市中雨水排放系统的分布和流量是重要的影响因素，雨洪灾害防治的目的是消除灾害，需要综合考虑自然水循环与城市水循环的融合。

所以，深入研究城市健康水文循环有助于应对雨洪灾害二我国西南山地多雨地区城市雨洪的特征（一）西南山地流域多尺度空间复合交叉，水文变化复杂西南山地城市的地形复杂多变，河流较多，水系相对发达同时，受地形变化与河流水系的交叉影响，形成了复杂的流域水文环境，而城市水文环境受大尺度流域环境的影响十分明显在流域空间范围内，又存在多个流域相互嵌套问题，城市水文过程变得更加复杂，不同流域之间由于气候、地形环境条件等的不同，雨洪灾害风险各不相同以西南地区典型山地城市重庆主城区为例，其受到一级流域长江流域的影响，也受到二级流域嘉陵江的影响，甚至受到三级河流清溪河的影响，城市水文环境比较复杂二）平均降水变化丰富，降水时间较为集中西南山地区域年降雨量较丰富，极端气候变化趋势逐渐增强，大多城市年均降雨量超过1000mm以重庆为例，市区多年的平均降雨量基本维持在1200mm左右，但受气候影响，各年降雨量变化较大，降雨最少年与降雨最多年的差值在700～800mm重庆一年各季节的降雨量也不均匀，夏秋季节(4～9月) 降雨量可达到全年降雨总量的3/4，春冬季节的降雨量最少(图1)重庆市区暴雨时期基本集中在6～8月，从多年6月份平均有效降水量看，基本都在80mm以上(图2)。

图1 重庆地区2004～2016年平均降水量变化曲线图[图2 重庆1961～2011年6月重庆平均有效降水示意图资料来源：重庆市气象局三）西南山区径流随高程变化明显，产汇流速度快且流速大山地城市空间结构的多维性和地貌特征的复杂性，是山地环境呈三维立体特性的关键影响因素，山区地表出现坡度的区域较多在相同地表类型条件下，地表径流和地形坡度呈正相关关系(图3)例如，同一纬度不同坡度下的四川盆地、长江中下游平原、鄂西山地、川西山地的径流系数与坡度变化特征一致，径流系数分别为30%、50%、70%和80%重庆作为典型的山地城市，地形高程和坡度大致可以划分为如图3所示的四个地形坡度段(高程＜195m，195～350m，350～450m，＞450m)，每个坡度段对应不同的径流系数，在坡度越大的区域，径流系数越大，则同一时间产生的汇流就越多此外，建成区(主要分布在195～450m高程的台地上) 不透水铺装又增加了径流量，使得在地形坡度较平缓区域的城市建成区，径流系数也较大图3 重庆地形变化及径流曲线示意图（四）雨洪灾害点呈现大分散、小集中状态 大多山地城市空间呈现出大分散、小集中的组团式形态和空间族群化发展模式，导致山地区域城市建设区和非城市建设区的生态基底完全不同(图4)。

这进一步导致了城市建设区和非城市建设区的地表径流有很大差异，城市建设区的地表径流大，非城市建设区的地表径流小从重庆多年的雨洪灾害发生频率看，其雨洪灾害点也呈现大分散、小集中的状态例如，重庆沙坪坝区的杨公桥区域、九龙坡区的二郎区域、江北区的嘉州路区域及南岸区的滨江路区域都是雨洪灾害频发的区域(图5)图4 山地空间族群发展示意图图5 重庆都市区主要历史积水点分布图三健康水文理念下的山地多雨城市雨洪调控思路与规划应对策略（一）调控思路健康水文环境是保障城市雨洪安全的重要基础，恢复城市健康水文环境是目前防治雨洪灾害的主要方法，但对于山地多雨城市，还需要考虑降雨量与地形环境的影响如上文所述，山地多雨地区水文特征较为特殊，其雨洪灾害产生的机制也较复杂，假设把城市所有硬质下垫面全部恢复成可滞水的生态绿地，其径流率也有20%如果持续的降雨使得生态绿地达到饱和吸水状态，那么后续的降雨必然会大大增加径流量，受地形的影响，径流雨水汇流速度相当快，最终在城市排水较慢区域形成雨洪灾害笔者结合国际雨洪管理经验，提出基于健康水文理念的山地多雨地区雨水自然渗透、蓄滞与快速排放相结合的综合雨洪管理方式雨水自然渗透、蓄滞即前端源头控制，保证区域水文特征不被破坏，从整体上维持水文环境的健康。

具体措施包括：在宏观流域层面，优化生态格局，建立良性的水循环体系；在中观城市层面，采用水敏感城市设计及低影响城市设计与开发方法，塑造城市水生态环境；在微观建设层面，采用低冲击设计，保持城市的水文特征在建设前后都不变雨水快速排放即末端后期疏导，使城市快速排出雨水，避免留下的雨水使基础设施达到饱和吸水状态具体措施有两种：采用大型地下水池快速吸收城市汇集的雨水，减少雨水在城市街道的汇集；采用大型雨水管网系统，把汇集到大型地下水池的雨水快速排放到江河(图6)图6 山地多雨地区城市雨洪调控管理思路图（二）规划应对策略1.多层次的前端源头控制策略山地流域具有多尺度复合交叉的特征，对其前端源头控制也需要根据环境特征进行多层次的考虑在宏观流域层面，优化生态格局，考虑多尺度的影响因素，恢复良性的水循环体系；在中观城市层面，采用水敏感城市设计等方法，塑造健康城市生态环境；在微观场地层面，采用低冲击设计理念，使城市的水文特征在建设前后维持不变1) 宏观层面：保护流域生态环境，形成健康的水文环境山地流域水文变化复杂，生态环境脆弱，不合理的生态格局往往易引发极端天气现象，并引发城市雨洪灾害研究表明，由于山地独特的地表环境，其人居环境的建设过程和自然环境的生态过程往往是以流域为单位发生的。

以流域为单位，探讨山地生态环境保护与防灾减灾，更加符合人居环境建设的构成机制和发展规律因此，要实现流域良性水循环，应突破小尺度雨水管理模式，在流域空间尺度上，结合山地流域的多尺度复合交叉特征，综合统筹考虑各个层级的流域水环境的影响、城市建设中的经济发展水平，以及土地利用、自然资源条件等因素2) 中观层面：恢复城市水文环境，形成良性的水文循环山地区域水文变化丰富，降水时间集中，雨水径流随高程变化明显，产汇流速度快，致使雨洪发生时的破坏力强这种强破坏力与山地的自然环境条件密不可分，雨洪管理可借鉴水敏感城市设计、低影响城市设计与开发等理念，合理引导城市水文环境弹性可持续发展，打造城市绿色开敞空间，从中观城市层面综合利用城市绿色廊道体系、绿色雨洪调蓄设施体系等，形成复合生态网络系统和自然生态环境体系，改善城市下垫面生态功能重庆九龙新城规划利用GIS分析场地、现状河流通道、自然净水点、集水点和滞水点，以水文健康安全为出发点，修补恢复部分自然水道，建立局部人工水道，实现原始场地水文自然循环同时，根据集水点和滞水点设计5个大型调蓄池、12个小型调蓄池以调蓄雨水汇水峰量，消解过度雨量对水文环境的冲击和破坏，并且为了承载不同的功能，这些河流岸线被设计成休憩、湿地、防护、娱乐、亲水和社区水岸(图7)。

此外，还需要考虑城市水环境的合理组织，城市设计要为水环境的发展预留接口，为水环境安全提供支撑，形成“供水—城市—受纳”协调循环的水文环境系统，从整体上建构健康的城市水文环境，进一步降低雨水径流量，减少雨洪灾害的发生图7 重庆九龙新城水文环境系统建构示意图(3) 微观层面：实施低冲击设计，保留原始水文状态受地形地貌、用地紧张等因素的影响，山地城市绿地、水池、广场等雨洪防灾设施多分布于地形环境复杂的区域，如河沟河岸、山头边坡等区域这些区域生态较为脆弱，稳定性差因此，在规划设计中应尽量采用低冲击设计方法，雨洪调蓄设施的建设还需要考虑设施本身的稳定性及其对一定区域雨水径流的消减与吸收作用低冲击设计的措施有很多种，如地表渗透、径流储存利用、径流延缓和径流过滤等重庆长寿区社区环境低冲击设计采用“渗、滞、蓄、净、排、用”等手段，对局部雨洪调蓄设施进行改造修复，完善局部水文循环体系(图8)图8 重庆长寿区社区环境低冲击设计示意图2.多层级的末端雨水疏导系统建构策略末端疏导的重点在于快速排走雨水一方面，可采用分片式雨水设施快速吸收过量雨水，避免雨水在城市街道大量汇集；另一方面，采用大型雨水管网系统，把汇集到地下水池的过量雨水快速排放到江河，降低城市内的雨水汇流总量，保障城市的雨洪调蓄设施持续地发挥作用。

1) 分片式雨水设施系统山地城市的雨洪管控，是一个复杂系统工程在水文过程的前端完成了良性水文条件的基础建设，可以最大程度降低雨洪灾害发生的可能，但也不能完全排除极端天气的影响如果设计暴雨雨量下的产汇流，超过了局部管网的排水排涝能力，不能及时进入排水系统的雨水会顺地形泄流，产生雨洪灾害这时多雨地区的城市，需要在末端建立应急措施，应对极端情况下出现的雨洪灾害例如，对于山地高密度城市地区，可以借鉴德国和日本的做法，在地形坡度较缓区域规划大型雨水设施，用于快速吸收过量的雨水重庆九龙新城战略发展规划按照汇水分界线，划定汇水单元，利用规划区的6个水库作为重要的基本雨水调蓄设施，并根据汇水分区补充完善雨水调蓄设施；在九龙新城南部区域，规划依据地形特征，在地形最低处规划两处大型汇水湖泊收集过量雨水，这些湖泊还可作为城市水面特色景观分片区建设雨水调蓄设施，可以保障各个片区的水文环境健康发展2) 分级式雨水设施系统与其他地区不同的是，多雨地区的城市不需要储存大量的雨水如重庆，其每年的降雨量在1200mm左右，又临近长江和嘉陵江，水资源较丰富，连续降雨很可能使雨洪设施承载水量达到饱和而不能继续发挥滞水作用因此，这类城市没有必要保留过多的雨水，应采用快排模式尽快排走雨水。

例如，可根据重庆主城区地形环境，建立不同高程下的雨水设施系统(图9)，在大雨来临时，快速吸收多余的雨水此外，应结合我国正在开展的地下综合管廊建设，建立满足综合排水与市政需求的地下管道，将多余雨水快速排放到大型河流，达到快速减势消能的目的图9 重庆主城区某剖段雨水设施规划示意图分级式的地下雨水快排系统，能快速排走各个坡段的多余雨水量，雨水设施能截留各个高程段的过量雨水，避免一条路径排到底可在各高程段规划设置快速雨水吸收设施，以便在雨水未达到汇水峰值时，就被快速雨水吸收系统吸收，避免大量雨水在地面积存可见，排水系统的规划除了需在水文过程的前端考虑雨水调蓄设施的缓解作用，还需要在水文过程的中端、后端考虑“截留快排”系统的作用，只有前端、中端和后端共同作用，才能有效减少雨洪灾害四结语我国西南地区的山地城市，除了地形环境复杂，多雨的气候特点也有别于其他地区的山地城市特别是山地城市雨洪设施体系及布局，产生的水文循环效应，与气候环境、地形环境息息相关，需要深入研究其综合环境特征，才能“对症施策”，恢复城市水文健康本文结合山地。